Аппарат для массообменных процессов Советский патент 1983 года по МПК B29B3/04 B29B1/06 

Изобретение относится к химичес кому машиностроению, в частности к устройствам для перемешивания полимерных материалов при проведени массообменных процессов (сушки), и может найти применение при производ стве, например, полиуретана. Известен аппарат для массообменных процессов-сушки полимеров, соде жащий горизонтальный цилиндрический Оарабан, оснащенный плоскими крышка ми, патрубками для загрузки и выгрузки материалов и устройством для вращения барабана вокруг горизонтальной оси. На внутренней стенке барабана вдоль образующих укреплен ряд полок, которые расположены в шахматном порядке так, что при вравдении барабана гранулы высушиваемог материала не перекатываются вдоль стенок барабана, а пересыпаются с одной полки на другую l| . Недостатками этого аппарата явля ются низкая эффективность перемешив ния rtpa проведении массообменных процессов вследствие отсутствия rieремешивания материала в направлении, зарастание и трудность очистки внутренних поверхностей стенок барабана и полок при переработке полимерных материалов, склонных к осмолению, подвулканйзации, коагуляции, например полиэфиров, растворов каучуков, латексов. Поэто му такой .аппарат находит применение толь ксэ при переработке инертных материалов.. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является аппарат для. массообменных процессов, содержащий горизонтально расположенный цилиндрическ-йй барабан с днищами и патрубками для загрузки и выгрузк материала, привод вращения барабана .относительно продольной его оси, и средства термостатирования, KpoiMe того, по внутренней поверхности барабана установлены винтообразные лопасти, обеспечи.вакнцне осевое пере мещение обрабатываемого материала Однако, в таком адпарате не обеспечивается интенсивный масс обмен . при переработке полимерных материалов, так как затруднено движение втангенциальномнаправлении, огран ченное винтообразными лопастями. Недостатком этого аппарата является также зарастание и трудность очистк внутренних поверхностей стенок бара бана .и винтообразных лопастей при переработке полимерных материалов, склонных к осмолению, подвулканнзации, коагуляции, например полиэ-. фиров, растворов каучуков, латексов что также снижает интенсивность массообмена. Цель изобретения - повышение ин-тенсивности массообмена. Поставленная цель достигается тем, что в аппарате для массообменных процессов, содержащем горизонтально расположенный цилиндрический барабан с днищами и патрубками для загрузки и выгрузки материала, привод вращения барабана относительно продольной его Оси и средства терялостатирования, на днищах барабана, на их внутренней поверхности, выполнены грани треугольной формы, а на торцах барабана - зигзагообразные вырезы, образованные каждый равнобедренным треугольником с основанием, расположенным по окружности бара.бана, при соотношении высоты и основания 1:2-1:5 и основания и диаметра барабана 1:2-1:10, причем вырезына противополоя ных торцах барабана размещены симметрично, а вершины противолежащих треугольников расположены на одной образующей поверхности барабана, при этом грани на днищах барабана наклонены к продольной его оси и ограничены зигзагообразными вырезами на торцах барабана. Данное выполнение аппарата обеспечквает интенсивную тангенциальную и осевую циркуляцию обрабатываемого в нем полимерного материала. На фиг. 1 показан аппарат, общий вид; На фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 г-дниифе барабана; на фиг 4 - сечение Б-Б на фиг, Ij на фиг. 5 - обечайка барабана; на фиг. 6 и 7 - грани на днищах (варианты Выполнения., . vV . . - Аппарат для массообменных процессов содержит горизонтально расположенный барабан 1, выполненный из двух цилиндрических дЪечаек с флан- цами, соединенных болтовым соединением 2. Барабан 1 снабжён днищами 3, патрубком 4 для и патрубком 5 Для выгрузки материала и соединен с приводом для вращения барабана 1 относительно продольной его оси, вьоюлменным 8 виде, например, клиноременной передачи 6, Барабан 1 имеет подшипниковый узел 7, средства термостатирования в виде нагревателя 8 и иожет быть смонтирован в вакуум-камере 9, снабженной штуцером 10 дЛя соединения с вакуумнасосом (не показан). Цилиндрические обечайки барабана 1 имеют на торцах зигзагообразные вырезы 11. Въ|резы 11 вьшоЛнены в виде равнобедренных /треугольников с основанием, р;асположенным на окружности барабана, отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основания к диаметру барабана 1:2-1:10, причем обращенные от торцов вершины противолежащих треугольников лежат на одной образующей поверхности барабана 1, а вырезы напротивоположных торцах барабана 1 размещены симметрично. На днищах 3 блрабаиа 1 по их внутренней поверхности выполнены грани 12 тредтольной формы, поверхности которых наклонены к продольной оси барабана 1 и ограничены зигзагообразными вырезами 11 на торцах барабана 1. ЗиJ зaгooбpaэныe грани 12 на днищах 3 выполнены либо штамповкой из листового матери ала (фиг. 1 и 2, либо механической обработкой, например Фрезеровкой толстостенных днищ (фиг. 3) . В зависимости от угла наклона между линией, соединяющей вершины треугольных вырезов 11 с продольной осью барабана 1 и ограничивающей грзни 12, который составляет 90-30 днища 3 могут иметь грани 12 по периферии,, примыкающие к вырезам 1 и плоскую среднюю часть при угле наклона меньше 90 (фиг. 2 и 6) или грани 12 по всей поверхности при угле 90(фиг..7). Аппарат для массообменных процес сов работает следующим образом. Через патрубок 4 в аппарат загру жаются перерабатываемые полимерные материалы. С помощью клиноременной передачи 6 барабан 1 приводится во вращение вокруг горизонтальной продольной оси. Скорость вращения устанавливается такой, чтобы перерабатываемый материал, увлекаемый стенками цилинд:рического барабана 1 поднимался вверх, а затем под дейст вием силы тяжести стекал вниз (фиг. 4). При этом обеспечивается перемещивание перерабатываемого материала в тангенциальном направле нии. Перемешивание перерабатываемог материала в осевом направлении осу-ществляется благодаря наличию зигзагообразных вырезов 11 и граней 12 Развертка внутренней поверхности барабана представляет собой огра- . ниченный днищами 3 канал, имеющий переменное сечение. При течении жидкого полимерного материала по каналу с переменным сечением образуются вторичные токи (вихри), обеспечивающие эффективное перемешивание перерабатываемого материала в осевом направлении. Выгрузка обработанного материала производится через патрубок 5. Предлагаемый аппарат пре,цназначе для проведения массообменных процес сов : сушки жидких олигомеров и поли меров, дегазации, гомогенизации и т.п. В табл. 1 приведено обоснование выбора геометрической формы и размеров аппарата для массообменных процессов при сушке (обезвоживании) полиэтиленадипината (ПЭ)прИ следующих условиях: диаметр барабана 250 мм, длина 150 мм, масса ПЭ 1 кг, начальная влажность ПЭ 0,5%, конечная влажность ПЭ 0,03%, температура 120°С, давление 20 мм рт.ст. Из табл, 1 видно, что выполнение торцов цилиндрического барабана 1 с зигзагообразными вырезами 11 в виде равнобедренных треугольников с отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основания к диаметру барабана 1:2-1:10 и выполнение граней 12 на днищах 3 обеспечивает сокращение времени сушки ПЭ до 3 раз. по сравнению с известным jYj аппаратом. Это объясняется интенсивной танген-; циальной и осевой циркуляцией внутри потока жидкости в предлагаемом аппарате для массообменных процессов. Выполнение, торцов цилиндрического барабана 1 с геометрическими размерами и днищ 3 с гранями 12, выходящими за указанные пределы, приводит к увеличению времени сушки вслед- ствие уменьшения осевой циркуляции внутри потока жидкости. В табл. 2 приведены данные по эффективности перемешивания на примере смешения полиэтиленадипината (1 кг) и толу,илендиизоцианат6м (0,2 кг) при получении полиуретанов,при этом начальная концентрация изоцианатных групп ИГнач 1 мас.%, диаметр барабана 250 мм, длина 150 мм, время перемешивания 15 мин. Оценку эффективности перемешивания производят по определенному титрованием максимальному разбросу изоцианатных групп ( йИГ) в пробах, взятых из разных частей барабана, при этом в количественном отношении эффективность перемешивания принимается равной 100%, если ЛИГ не превышает 0,1%, т.е. находится - пределах точности определения изоцианатных групп. Если дИГ больше 0,1%, то ко;шчественно качество перемешивания рассчитывается по формуле - &ИГ --.100% Из табл. 2 видно, что выполнение торцов барабана 1 с зигзагообразными вырезами 11, представляющими собой равнобедренные треугольники с основанием, совпадающим с окружностью барабана 1, с отношением высоты к основанию 1:2-1:5 и отношением основания к диаметру барабана 1:2-1:10 с днищами 3, имеющими прилегающие к вырезам 11 на цилиндрической, поверхности барабана 1 гранями 12, поверхности которых образованы линиями вырезов 11 на торцах барабана 1 и линией, соединяющей вершины треугольников с продольной осью барабана 1 и наклоненной к образующей цилиндрической поверхности под углом 30-90, обеспечивает эффективное перемоиивание и эффективность сушки. Выход за указанные пределы, показывает, что эффективность перемешивания и сушки, т.е. эффективность массообменных процессов, резко падает.

При- использовании известного аппарата емкостью 1 л при скорости вращения мешалки 120 об/мин, времени сушки 1 кг полиэтилеиадипината 80 мин из-за, неудовлетворительной сушки

Отношение основания треугольника к диаметру барабана

Известный 2j Предлагаемый

полиэтиленадипината часть изделий (до 20%) из полиуретана СКУ-ПФЛ-100 идет в брак.

Экономический эффект только от сокращения брака (с 20 до 2%) для цеха по вьпуску изделий из полиуретана СКУ-ПФЛ-100 производительностью 15 т/г составляет (при цене 1 кг - КУ-ПФЛ 20 руб) 54 тыс.руб.

Таблица 1

Время сушки полиэтиленадипината, мин

65

АППАРАТ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, содержа«ия горизонтально расЬоложениый цилиндрический барабан с днищам и патрубками для загрузки и выгрузки материала, привод врашения барабана относительно продольной его оси и tipeflCTBa тесадостатирования, от л и ч а ю щ. и и с я тем, что. с целью повышения интенсивности массообмена, на днищах барабана, на их анутренней поверхности, выполнены грани треугольной формы, а на торцах барабана - эйзгагообразные вырезы, образованные каждый равнобедренные треугольником с основанием, расположенным по укружности барабана, при соотношении высоты и основания 1:2-1:5 и основания и диаметра барабана 1:2-1:10, причем вырезы на противоположных торцах барабана размещены симметрично, а весшины противолежащих треугольников расположены на одной, образующей поверхности барабана, при грайи на днмщах барабана наклонены к продольной его оси и ограничены зигзагообразными вырезами на торцах барабана.

. Известный 2.

Предлагаемый

1:2

1:5 1:3 1:5

1:5

69,7

3,1

100 100 100

фуг.2.

Продолжение таблица cpt/e. .

l(

vec/ftfv ffcfpaSBff

Фtfг.S